《材料的介电性能》PPT课件

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1、第五章材料的介电性能在外电场作用下，材料发生两种响应：电传导电感应绝缘起满足电容作用的器件电介质基本概念电介质：在电场作用下，束缚电荷起主要作用的物质，称电介质。电介质的特征是以正负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。电介质物理研究对象：研究电介质内部束缚电荷在电场（包括电频电场和光频电场）作用下的电极化过程；阐明其电极化规律与介质结构的关系；揭示其宏观介电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。〈经典电介质科学丛书〉首批著作出版志贺介质以极化为本质特征，衍生多种功能效应于一体，兼秉丰富深刻之物理内涵，前程无限。叹我介电学科，

2、相对滞后，极化之类基本问题，仍未彻底解开。更有心态浮燥，不重基础，回避难题，急功近利。诸多不足之处，吾人当自省。—姚熹院士姚熹乃学界之领军人物，主编《经典电介质科学丛书》，实为胆识超群之善行义举，功德无量。切望学者诸君，乘机奋起。须知经典传世之作，乃学科之根本。从此精读经典，锤炼功底，不求捷径，迎难而行。学科大发展，势在必然中。——钟维烈2008年4月电介质：在电场作用下，能建立极化的一切物质。通常是指电阻率大于1010·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质。陶瓷电介质的主要应用：电子电路中的电容元件、电绝缘体、谐振器。

3、某些具有特殊性能的材料，如：具有压电效应、铁电效应、热释电效应等特殊功能的电介质材料在电声、电光等技术领域有着广泛的应用前景。电介质的主要性能：介电常数、介电损耗因子、介电强度。目前的发展方向：新型器件的研制、提高使用频率范围、扩大环境条件范围，特别是温度范围。无机材料与有机塑料比较：有机塑料:便宜、易制成更精确的尺寸；无机材料:具有优良的电性能;室温时在应力作用下，无蠕变或形变;有较大的抵抗环境变化能力（特别是在高温下，塑料常会氧化、气化或分解）;能够与金属进行气密封接而成为电子器件不可缺少的部分。电介质：绝缘体，无自由电荷。电介质极化特点：内

4、部场强一般不为零。1.有极分子和无极分子电介质有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。负电荷中心正电荷中心无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合如氦(He)、氢(H2)、甲烷(CH4)等。。++H+HO介质极化和静态介电常数2.电介质的极化（1）无极分子的位移极化加上外电场后，在电场作用下介质分子正负电荷中心不再重合，出现分子电矩。无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质不带电。（2）有极分子的取向极化在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致。真空－++++－－－E－++++－－－－++－－++

5、－+－+－+－+－+－+－+－+－自由电荷+－偶极子束缚电荷1.具有一系列偶极子和束缚电荷的极化现象极化现象电介质的极化电极化强度矢量（1）电极化强度矢量单位体积内分子电偶极矩的矢量和。（2）空间任一点总电场总电场外电场束缚电荷电场（3）电极化强度与总电场的关系极化率（4）极化率与相对介电常数的关系介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m)定义为电位移D和电场强度E之比，ε=D/Ε。电位移D的单位是库/二次方米(C／m^2)。某种电介质的介电常数ε与真空介电常数ε0之比称为该电介质

6、的相对介电常数εr，εr＝ε／ε0是无量纲的纯数，说明：1.真空中P=0，真空中无电介质。2.导体内P=0，导体内不存在电偶极子。注意:介质极化也有均匀极化与非均匀极化之分。3.电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度，排列愈有序说明极化愈烈电介质的极化电介质极化的微观机理（类型）弹性位移极化（瞬时极化）取向极化（弛豫极化）电子位移极化（ElectronicPolarizability）Responseisfast,τissmall离子位移极化（IonicPolarizability）Responseisslower偶极子取向极化（Dipol

7、arPolarizability）Responseisstillslower空间电荷极化(SpaceChargePolarizability)Responseisquiteslow,τislarge松弛极化电子松弛极化离子松弛极化电介质极化的微观机理（类型）电子云位移极化的特点：a)极化所需时间极短，在一般频率范围内，可以认为ε与频率无关；b)具有弹性，没有能量损耗。c)温度对电子式极化影响不大。电子位移极化：电场作用时，正、负电荷中心产生相对位移(电子云发生了变化而使正、负电荷中心分离的物理过程)电子云位移极化存在于一切气体、液体及固体介质中。

8、另一方面，壳层电子与原子核之间的相互吸引力的作用是使正负电中心重合。就是在这二各力的作用下原子处于一种新的平衡状态。在这个新平衡状态中该